Diseño de un molde metálico para fundir manillas de freno y embrague de la moto suzuki AX-100

Ingeniería Mecánica Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría 2024;27(1):e691. ISSN 1815-5944 Artículo de investigación científica y tecnológica Diseño de un molde metálico para fundir manillas de freno y embrague de la moto suzuki AX-100 Design of a metal mould for casting brake and clutch levers for a suzuki AX-100 motorbike Victor M. Mir-LabradaI, *, Tiel García-HernándezI, Cristian Luís Pérez-LópezI, Alberto Menéndez-PérezII, Yusleidi Cuesta-FigueroaIII I. Universidad Tecnológica de la Habana José Antonio Echeverría, Facultad de Ingeniería Mecánica, Dpto. Ingeniería Mecánica. La Habana, Cuba. II. Etajoule: Jacksonville, Florida, US. III. Empresa de Ingeniería del Reciclaje. La Habana. Cuba. *Autor de correspondencia: Este documento posee una licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial 4.0 internacional Recibido: 30 de noviembre de 2023 Aceptado: 30 de diciembre de 2023 _________________________________________________________________________________________ Resumen El objetivo del trabajo presentado fue el diseño de un molde metálico de fundición por gravedad, para obtener manillas de freno y embrague, de aleaciones de aluminio, para la moto Suzuki AX-100. Se determinaron los esfuerzos máximos a los que se somete la pieza, además, evaluado por el método de elementos finitos, teniendo en cuenta la composición de las materias primas existentes en una empresa, destacando que la pieza obtenida cumple con los requisitos de resistencia. Los resultados de las simulaciones arrojaron que la resistencia era suficiente, por lo que se pasó al diseño del molde metálico. Para su diseño se empleó una metodología establecida, con los modelos de Fourier-Kirchhoff para el régimen térmico, resultando en las dimensiones de este. A su vez se simuló por medio de software de fundición tanto el llenado como la solidificación, pronosticando los comportamientos termodinámicos y los fenómenos transitorios del fluido durante el proceso de vertido. Se obtuvieron valores positivos para la microporosidad, criterio de Niyama, velocidad del flujo y, evolución del sólido. Los resultados permiten asegurar que tanto el diseño como el funcionamiento del molde garantizan la obtención de manillas de forma productiva y libres de defectos. Palabras claves: simulación de fundición, fundición en molde metálico, análisis por Elementos Finitos. _________________________________________________________________________________________ Abstract The aim of the work presented was the design of a metal mould for gravity die casting to obtain brake and clutch handles of aluminium alloys for Suzuki AX-100 motorbike. The maximum stresses to which the part is subjected were determined and evaluated by the finite element method, considering the composition of the existing raw materials, highlighting that the part obtained meets the strength requirements. The results of the simulations showed that the strength was sufficient, and so the design of the metal mould was started. For its design, an established methodology was used, with the Fourier-Kirchhoff models for the thermal regime, resulting in its dimensions. In turn, both filling and solidification were simulated by means of casting software, predicting the thermodynamic behavior and the transient phenomena of the fluid during the pouring process. Positive values were obtained for microporosity, Niyama criterion, flow velocity and solid evolution. The results allowed us to ensure that both the design and the operation of the mould guarantee the production of productive and defect-free handles. Key words: casting simulation, gravity die casting, Finite Element Analysis. Cómo citar este artículo, norma Vancouver: Mir Labrada VM, García Hernández T, Pérez López CL, Menénedez Pérez A, Cuesta Figueroa Y. Diseño de un molde metálico para fundir manillas de freno y embrague de la moto suzuki AX-100. Ingeniería Mecánica. 2024;27(1):e691. Sitio: http://www.ingenieriamecanica.cujae.edu.cu Correo electrónico: 1 Victor M. Mir Labrada, et al. Diseño de un molde metálico para fundir manillas de freno y embrague de la moto suzuki AX-100 1. Introducción La fundición por gravedad es un método ancestro que aún en la actualidad se sigue explotando mucho, pero extremadamente complejo en tecnología; la calidad de salida es el resultado de la interacción de muchos factores mecánicos, físicos y químicos. Un ingeniero diseñador debe concebir el molde metálico como una máquina térmica. La forma de la pieza determina la disposición y distribución, mientras que el tamaño de termina la magnitud de la expansión térmica del molde, de la contracción de solidificación de la aleación y de la insignificante variación de los núcleos o machos. En las últimas décadas, el desarrollo de herramientas eficientes de Diseño Asistido por computadora (CAD) y de Ingeniería Asistida por computadora (CAE) ha permitido importantes cambios en el mundo de la ingeniería. En la actualidad, el CAD se utiliza ampliamente en industrias, academias y diseñadores autónomos para desarrollar nuevos productos, diseños o procesos. La representación totalmente paramétrica de los objetos permite refinar las ideas antes de implementar un proceso de fabricación, limitando la fuente de errores, así como los gastos. Paralelamente, las tecnologías CAE se explotan para modelar con precisión el comportamiento y apoyar a los ingenieros durante todo el proceso de diseño. Las simulaciones CAE son útiles, por ejemplo, para analizar el movimiento de componentes y ensamblajes, es decir, Análisis Multicuerpo, MBD (Multibody Dynamic) para comprobar deformaciones y tensiones, Análisis de Elementos Finitos (AEF), para simular el sistema de actuación o para realizar estudios de optimización. En comparación con las pruebas físicas, los modelos virtuales presentan ventajas evidentes en términos de ahorro de costes y capacidad para probar el rendimiento de varias variantes de diseño en un tiempo limitado; gozando de gran popularidad el Método de los Elementos Finitos (MEF), porque resuelve los problemas de valores límite de forma sencilla y sistemática, incluso en casos de geometrías complejas [1,2]. Este método es capaz de tratar las condiciones de contorno complicadas y su precisión es buena. Algunos de los programas usados para el análisis de piezas obtenidas por fundición que emplean este método son el ProCAST, CAPCAST y Altair Inspire Cast [3]. Otro de los métodos de simulación empleado es el método de diferencias finitas FDM (Finite Difference Method), éste se utiliza habitualmente para predecir el flujo de llenado metálico, la transferencia térmica y la solidificación, en muchas suites de simulación de fundición, por ejemplo, MAGMAsoft, NovaCast, Flow-3D, PAMCAST y AnyCasting. Este método puede obtener muchos datos valiosos en menor tiempo de cálculo que el MEF, y se adapta para modelar las piezas fundidas con una geometría regular [3]. Aravind, Ragupathi y Vignesh [4] realizaron una simulación p (...truncated)